Тепловая работа и конструкции энерготехнологических агрегатов

1. ТЕПЛОВАЯ РАБОТА И КОНСТРУКЦИИ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ

2. ТЕПЛОВАЯ РАБОТА ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ

ЭТА (котлы-утилизаторы) предназначены для
получения бестопливного пара за счет
использования тепла уходящих газов
технологических агрегатов. В металлургии
температура уходящих газов в различных
агрегатах составляет от 500 до 1800 оС.
В соответствии с этим различают котлыутилизаторы радиационного, радиационноконвективного и конвективного типов. Котлы
первых двух типов применяют в
конвертерном производстве, при сухом
тушении кокса, в плавильных агрегатах
цветной металлургии, где температура газов
выше 1000°С.

3. ТЕПЛОВАЯ РАБОТА ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ

Наибольшее распространение в металлургии
получили котлы-утилизаторы конвективного
типа. Их устанавливают за мартеновскими,
нагревательными, обжиговыми и другими
печами. Эти котлы предназначены для
использования газов с температурой 600850°С. Марки этих котлов состоят из
буквенной и цифровой частей, например КУ80, КУ-100 и др. При этом число в марке
обозначает объем уходящих газов печи в
тысячах кубических метров в час,
предназначенных для утилизации их тепла.
По компоновке поверхностей нагрева и
газового тракта различают конвективные
газотрубные и водотрубные КУ.

4. ТЕПЛОВАЯ РАБОТА ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ

Газотрубные котлы-утилизаторы
Основная особенность
газотрубных КУ заключается в
движении газов внутри труб,
образующих поверхности нагрева
котла. Котлы-утилизаторы типов
КУ-16 и КУ-40 устанавливают за
нагревательными, мартеновскими,
обжиговыми печами, а также,
используют в химической и других
отраслях промышленности.

5. Газотрубные котлы-утилизаторы

Пар перегретый
Насыщенный пар
2
3
4
5
1
Газотрубные КУ работают с естественной циркуляцией, имеют горизонтальное
расположение испарительных поверхностей 3, размещенных внутри барабана. В барабане
размещено также сепарационное устройство 4. К барабану котла крепят входную 1 и
выходную 5 газовые камеры. Испарительная поверхность выполнена в виде пучка
дымогарных труб (239 и 438 шт.) диаметром 60x3 мм из стали 20. Пароперегреватель 2,
размещенный во входной газовой камере, представляет собой змеевик с горизонтальным
расположением труб диаметром 32x3 и 38x3, выполненных из стали 20. Обмуровка входной
газовой камеры многослойная, состоит из слоев шамотобетона, термоизоляционного
бетона и матрацев из шлаковаты.
Они вырабатывают перегретый пар давлением 0,9-1,4 МПа с температурой 250°С в
количестве соответственно 1,6-2,8 и 7,4 т/ч.

6. Водотрубные котлы-утилизаторы

Все водотрубные котлы-утилизаторы отличаются
тем, что по газоходам котла движутся уходящие газы
печей, а испарительные трубчатые поверхности,
выполненные из змеевиковых пакетов, размещаются
в газоходах на пути газов; внутри труб циркулирует
паро-водяная смесь. К водотрубным котлам
относятся: КУ-40, КУ-50, КУ-60, КУ-80, КУ-100, КУ100Б, КУ-125 и КУ-150.
Для установки за технологическими агрегатами котлы
выбирают в зависимости от объема уходящих газов,
подлежащих утилизации. Котлы рассчитаны на
температуру газов на входе 600-850°С.
Компоновка поверхностей нагрева в конвективных КУ
горизонтальная (КУ-50), башенная (КУ-100Б), а у
большинства П-образная.

7. Водотрубные котлы-утилизаторы

Насыщенный пар
1
5
6
4
7
9
8
3
Перегретый пар
2
Питательная вода
По ходу газов
последовательно
расположены первая
секция испарительной
поверхности 2,
пароперегреватель 3,
вторая 4, третья 5, иногда
четвертая 6 секции
испарительной
поверхности и водяной
экономайзер 7, 8. Все
поверхности нагрева
изготовлены из труб
диаметром 32x3 мм (сталь
20). Применение труб
малого диаметра вызвано
необходимостью при
конвективной теплоотдаче
разместить большую
поверхность нагрева в
относительно небольших
габаритах котла.

8. Водотрубные котлы-утилизаторы

В конвективных КУ вырабатывается от
12 (КУ-40) до 50,5 (КУ-150) тонн пара в
час.
Котлы рассчитаны па получение пара с
давлением 1,8 и 4,5 МПа и
температурой перегрева 310—400°С.
Такой пар используется для привода
паровых турбин коксовых эксгаустеров,
турбокомпрессоров и
турбовоздуходувок, турбонасосов и
турбогенераторов небольшой мощности

9. Водотрубные котлы-утилизаторы

10. Центральные пароперегреватели

Для получения пара с более высокой
температурой, чем в котлахутилизаторах, применяют центральные
пароперегреватели (ЦП) с автономным
обогревом. В качестве топлива обычно
используют доменный газ. Центральный
пароперегреватель имеет П-образную
компоновку.

11.

Горячий
воздух
3
7
Перегретый
пар
Пар
4
Газ
Газ
6
Воздух
Холодный
воздух
5
2
1
Пар от котлов-утилизаторов поступает в радиационную часть пароперегревателя,
выполненную из стали 15ХМ или 20 в виде трубчатых экранов 2, расположенных в
топочном пространстве. Затем по перепускным трубам пар проводится к верхнему пакету
конвективной части пароперегревателя 3, Последняя выполнена по противоточной схеме
с горизонтально расположенными змеевиками. Конвективная часть пароперегревателя
состоит из двух блоков: первый 3 по ходу пара изготовлен из труб диаметром 32 мм с
толщиной стенки 3 мм из стали 20, второй 4 — из труб диаметром 32 мм с толщиной
стенки 4 мм (сталь 12Х1МФ). Подогреватель доменного газа 6 трубчатый,
горизонтальный, расположен между двумя ступенями воздухонагревателя. Доменный газ
проходит внутри труб и делает два хода. Подогретый доменный газ подается к горелке 1.
Воздухонагреватель состоит из одноходового трубчатого куба 5, расположенного в
нижней части опускного газохода, и двухходового куба 7, расположенного в верхней части
газохода. Трубы воздухоподогревателя установлены вертикально. Внутри труб проходят
топочные газы. Подогретый воздух используется для сжигания доменного газа в
смесительной горелке топки ЦП. Воздухоподогреватель и подогреватель доменного газа
выполнены из труб диаметром 45x3 мм (сталь 20).

12. ТЕРМОСИФОННОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ

Перенос тепла в термосифоне
осуществляется путем переноса массы
теплоносителя, сопровождающегося
изменением его фазового состояния.
Термосифон - обычная металлическая труба,
в которой находится небольшое количество
воды. Из трубы откачан воздух, и она
герметически закрыта с обеих сторон. Такая
конструкция идеально работает при
вертикальном расположении в пространстве
в условиях гравитационного поля.

13. ТЕРМОСИФОННОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ

Термосифон работает следующим
образом. Нижний конец трубы, где
находится вода (зона испарения, З.И.)
подвергается нагреву. Вода
превращается в пар, поглощая при
этом тепло, равное скрытой теплоте
парообразования. Затем, на другом
конце трубы (зона конденсации, З.К.)
происходит обратный переход из пара
в жидкое состояние с выделением в
процессе конденсации скрытой
теплоты. Так как скрытая теплота
фазового перехода у многих веществ
достаточно высока, при реализации
этого процесса обеспечивается
высокая плотность теплового потока.
Возврат жидкости из зоны
конденсации в зону испарения
происходит за счет сил гравитации.
-Q
+Q

14. ТЕРМОСИФОННОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ

В настоящее время термосифону нет альтернативы.
Более эффективного устройства для передачи
тепловой энергии не существует. Цилиндрический
термосифон, рабочей жидкостью которого является
вода, при t =150°С будет иметь теплопроводность в
сотни раз больше, чем у меди.
Тепловая труба на литии при t =1500°С в осевом
направлении может передать тепловой поток до
20кВт/см2.
По виду теплоносителей различают
металлические (калий, натрий, цезий и т.д.) и
неметаллические теплоносители (вода, аммиак,
ацетон, фреоны и т.д.) Для возврата конденсата в
зону испарения могут быть использованы
гравитационные, капиллярные, центробежные,
электростатические, магнитные, осмотические силы.